Mängden datatrafik som korsar världens optiska fibernät växer med mer än 40 procent per år i takt med att datahungriga tjänster som strömmande ljud och video blir allt mer populära. Så att framtida nätverk har kapacitet att klara denna ständigt svallande trafik, och även hantera nya applikationer som kommer att öka det ännu mer-från uppkopplade bilar till mobil HD-video och Internet of Things-den teknik som driver långdistansoptiska nätverk kommer att behöva en stor uppgradering i mitten av 2020-talet.

Några av de viktigaste förutsättningarna för detta har nu lagts av ingenjörer som arbetar i SAFARI, ett samarbete mellan EU och Japan. EU-sidan leddes av projektkoordinator Toshio Morioka från Danmarks tekniska universitet, medan den japanska sidan leddes av projektkoordinator Dr Yutaka Miyamoto från NTT Corporation, Tokyo.

Fotoner torpederade

Den viktigaste metriken som behöver en omfattande förbättring av laserbaserade optiska transportnätverk (OTN) är dataöverföring-antalet bitar data per sekund de kan bära kodade i laserstrålar. Dagens enskilda optiska fibrer arbetar med flera tiotals terabit per sekund - men det kommer inte att räcka. "För att stödja de enorma kapacitetskraven som kommer framöver, transportnät med mycket högre kapacitet med fiberhastigheter skalbara till petabit per sekund kommer att behövas, säger Morioka.

För att få detta att hända, SAFARI -samarbetspartnerna har innoverat på ett antal fronter, när det gäller både övergripande nätverkskontroll och ljusbärande komponenter, att producera byggstenar för framtida OTN som kan öka deras hastigheter från dagens 1013 (tiotals terabit) till 1015 (petabit) per sekund.

SAFARIs första innovation var att utveckla supertäta flerkärniga optiska fibrer med 30, 32 eller 37 ljusbärande kärnor inuti dem snarare än den enda kärnan som används idag. Vad gjorde det möjligt för dem att skapa detta världsrekord antal kärnor, säger Morioka, arbetade fram ett sätt att stoppa ljus från en kärna som läcker in i en annan och orsakar signalstörningar som skulle påverka bandbredden negativt. "Fibrerna har en mycket hög överhörningsundertryckning, " han säger.

In i matrisen

När du korsar stora avstånd på 1000 km eller mer, ljus som färdas i denna komplexa matris av kärnor tappar kraft och måste förstärkas med jämna mellanrum. För att göra detta på ett energieffektivt sätt, projektgruppen utvecklade förstärkare med optisk fiber med flera kärnor, baserat på erbium och ytterbium, som kan skarvas direkt i den nya flerkärniga fibern, så att förlustkompenserad överföring kan ske över långa avstånd. "Vi har slagit kärnantalsrekord, och möjliggjorde en minskning av strömförbrukningen för optiska inline -förstärkare, förbättra energieffektiviteten för framtida OTN, "Säger Morioka.

Men det handlar inte bara om vågledarna:telekomoperatörer måste också kunna dynamiskt fördela och optimera extra nätverksresurser, samtidigt som kvaliteten bibehålls, för att möta spikande efterfrågan - som en hel nation som vill se finalen i 'Game Of Thrones' på strömmande video på en gång, till exempel. Så NTT utvecklade programmerbar optisk hårdvara som tillåter mycket flexibel, skalbara och adaptiva OTN:er som ska konstrueras.

Programmerbart ljus

En SAFARI testbädd utvecklades och byggdes bestående av ny optik som möjliggör tillägg av, blockering, överföring eller omdirigering av ljusstrålar i ett fibernät under programvarukontroll. Detta programmerbara nätverk "kan adaptivt styras och hanteras som svar på de faktiska trafikkraven från en central enhet, "förklarar Morioka. OTN:s programmerbarhet har också testats i experiment som är utformade för att säkerställa att den är lämplig för att möta behoven hos flerkärnig fiberöverföring i framtidens nätverk.

Med SAFARI inte klar för distribution förrän i mitten av 2020-talet finns det ingen omedelbar kommersialisering planerad för tekniken. Men tack vare detta framgångsrika forskningsprojekt, den europeiska och japanska telekomsektorn kommer att vara redo när den tid kommer.

"SAFARI levererade världsledande teknik, världsrekord och världens första nätverksdemonstranter och systemexperiment, gemensam immateriell egendom och partnerskap som kommer att pågå långt in i framtiden, "avslutar Morioka.